Устройство автомобилей




Система питания дизеля




Дизельные двигатели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания поршневого типа с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением рабочей смеси. По принципу работы они существенно отличаются от бензиновых двигателей, использующих для воспламенения рабочей смеси внешние тепловые источники – искровое электрическое зажигание или специальный тепловой элемент.

Кроме того, у многих бензиновых двигателей смесеобразование протекает вне цилиндров двигателя – в специальном смесителе (карбюраторе), продолжается во впускном трубопроводе, и заканчивается в цилиндрах во время тактов впуска и сжатия.
У инжекторных двигателей с центральным и распределенным впрыском смесеобразование осуществляется во впускном трубопроводе, продолжаясь в цилиндрах вплоть до воспламенения смеси свечой. И лишь инжекторные двигатели с непосредственным впрыском принципиально схожи по характеру смесеобразования с дизельными двигателями, но, тем не менее, тоже имеют ряд отличий в процедуре и результатах смешивания топлива с воздухом.

система питания дизеля

Общий принцип работы четырехтактного дизельного двигателя можно описать следующим сценарием:

  • всасывание чистого воздуха в цилиндр через впускной клапан при движении поршня к нижней мертвой точке;
  • быстрое и сильное сжатие воздуха до раскаленного состояния при закрытых клапанах и перемещении поршня к верхней мертвой точке;
  • впрыск топлива в цилиндр, смешивание его с воздухом в камере сгорания и последующее самовоспламенение рабочей смеси с выделением теплоты, повышающей давление в цилиндре;
  • движение поршня вниз под действием высокого давления газообразных продуктов сгорания топлива, в результате чего совершается полезная механическая работа;
  • выброс отработавших газов в атмосферу при открытом выпускном клапане и перемещении поршня к верхней мертвой точке.

Далее описанный сценарий повторяется.

Двухтактный дизель работает по сокращенному «сценарию» - очистка цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и впуск свежего заряда воздуха осуществляется в период, когда поршень движется от ВМТ к НМТ и продолжается еще некоторое время после прохождения поршнем нижней мертвой точки (перекладки поршня) и движения его к ВМТ.
Затем впускное и выпускное окно в цилиндре перекрываются боковой поверхностью поршня, и начинается резкое сжатие воздуха, поступившего в цилиндр.
После сжатия и сильного разогрева воздуха осуществляется впрыск топлива, его перемешивание с воздухом, и самовоспламенение рабочей смеси. При перемещении поршня к НМТ под действием давления продуктов сгорания смеси выполняется полезная работа, и после того, как выпускное и затем впускное окна откроются, выполняется продувка цилиндра свежим зарядом воздуха.

Итак, основные отличия двигателя от классического бензинового двигателя – внутреннее смесеобразование и самовоспламенение рабочей смеси. Эти различия имеют и положительные, и отрицательные стороны.

Так, внутреннее смесеобразование позволяет эффективно использовать наддув, а у двухтактных двигателей – исключить потери топлива при продувке цилиндров, поскольку впускается чистый воздух, а не горючая смесь. Но с другой стороны, - при внутреннем смесеобразовании отводится лишь краткий миг для перемешивания топлива с воздухом, а без этого горение невозможно либо будет протекать малоэффективно.

Самовоспламенение смеси в дизелях позволяет отказаться от достаточно сложной системы зажигания, применяемой в бензиновых двигателях.
Но, если перефразировать известную пословицу, - не бывает добра без худа - для подачи топлива в цилиндры под высоким давлением (а это крайне необходимо для качественного распыливания топлива) применяется чрезвычайно дорогостоящая аппаратура - насосы высокого давления и форсунки.

Высокая степень сжатия, используемая в дизельных двигателях, тоже приводит к отрицательным последствиям, поскольку влечет за собой применение массивных деталей цилиндропоршневой группы, способных выдержать колоссальные давления.
Кроме того, из-за высоких рабочих давлений дизели работают жестче и шумнее, чем их бензиновые «собратья».

Но, как бы то ни было, дизели по сравнению с бензиновыми двигателями имеют ряд существенных преимуществ, и основным из них является высокая топливная экономичность. Так, расход топлива для получения единицы мощности у дизелей на 25…30% меньше, чем, например, у карбюраторных двигателей.

Кроме того, с учетом более высокой плотности дизельного топлива по сравнению с бензином, запас хода по топливу у дизельных автомобилей на 35…45% выше, чем у бензиновых «собратьев».
Себестоимость дизельного топлива меньше, чем себестоимость бензина, поскольку оно получается прямой перегонкой.

Немаловажно и то, что в продуктах сгорания дизельного топлива содержится меньше токсичных веществ, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Да, дизели зачастую сильно дымят, чадят и коптят при работе, особенно, если система питания плохо отрегулирована, но, как это ни парадоксально звучит, в этой копоти меньше яда, чем в безобидном сизом дымке из выхлопной трубы карбюраторного двигателя.




Но не только топливная экономичность и относительная экологичность выгодно отличает дизель от бензинового двигателя. Дизели надежнее. Для них характерны стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, лучшая приемистость и возможность работы с нагрузкой без полного прогрева.
Дизельный двигатель «довезет» свое колесное чадо вместе с водителем и грузом до места назначения, даже если откажет бортовая электросеть – в своей работе дизель полностью автономен, если не считать пускового устройства.

Преимущества дизеля над бензиновым двигателем с точки зрения термодинамики подробнее описаны в разделе сайта, посвященном теплотехнике.

Как уже указывалось выше, слабым звеном двигателей с внутренним смесеобразованием, в том числе – дизельных двигателей, является слишком короткий отрезок времени, в течение которого топливо должно перемешаться с воздухом. Конструкторам приходится решать сложную задачу – как в течение сотых долей секунды получить топливовоздушную смесь высокого качества, способную быстро и эффективно сгореть и отдать тепло для преобразования в механическую энергию.

Это возможно применением специальных камер и объемов для смешивания топлива с воздухом, которые зачастую приводят к замысловатой форме камеры сгорания и днища поршней, для того, чтобы обеспечить завихрение и перемешивание компонентов горения.
Второй путь повышения эффективности смесеобразования – применение впрыска под очень высоким давлением, что приводит к интенсивному распыливанию порции топлива по всему объему камеры сгорания.

В результате изысканий в указанных направлениях конструкторы разработали различные устройства и технологии, значительно повышающие качество и скорость смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, о которых будет рассказано в других статьях сайта.

Здесь мы рассмотрим классическую схему системы питания дизельного двигателя, которая включает следующие основные механизмы, приборы и устройства (см. рис. 1):

  • топливный бак;
  • топливопроводы низкого давления;
  • топливоподкачивающий насос;
  • топливные фильтры грубой и тонкой очистки;
  • топливный насос высокого давления (ТНВД);
  • топливопроводы высокого давления;
  • форсунки;
  • топливопроводы системы отвода излишков топлива от форсунок и ТНВД.
общее устройство системы питания дизельного двигателя

Кроме перечисленных элементов, предназначенных для подачи топлива из бака в цилиндры, система питания дизеля (как и бензинового двигателя) включает:

  • воздушный фильтр с впускным трубопроводом для воздуха;
  • трубопроводы удаления отработавших газов;
  • приборы для очистки продуктов сгорания от вредных веществ и примесей;
  • устройства для снижения уровня шума при выхлопе отработавших газов (глушители, резонаторы и т. п.).

***

Принцип работы системы питания дизеля